� �Presenter Nobuyuki KAWAI�� Kobe Municipal Ibukidai Lower Secondary School , JAPAN

「力の原理」から学ぶ「力と運動の法則」�ー　実験教材の開発と課題　ー

‘The Principle of the Force’ Makes the Students Get ‘The Law of the Force and Motion’� The Development and the Problems of the Experimental Devices

The starting section�� Background and Problem

河合信之（2021）:「運動する物体にはたらく力についての中学生の素朴概念に関する教師の認知」

　『未来教育研究所紀要』第9集，pp.5-14, 公益財団法人未来教育研究所，2021.3.

A > B 70 %

students’ answers

The law of Inertia

A > B 70 %

It is necessary the force for the object to run at a constant velocity.

⇩ students’ ideas

The law of inertia

83 %

65 %

18 %

17 %

The principle of force and acceleration

83 %

The car keep running at a constant velocity even if the force is continued applying.

students’ ideas

⇩

⇩

​

The 2nd section � �Purpose and Methods��

The mechanism

Table 1: The principle of balance of forces ( Kawakatsu 1992 )

Table 1: The initial velocity and the resultant force

Table 1: The initial velocity and the resultant force

Table 1: The initial velocity and the resultant force

Table 1: The initial velocity and the resultant force

Table 2: The initial velocity and the resultant force

Table 2: The initial velocity and the resultant force

Table 2: The initial velocity and the resultant force

Table 2: The initial velocity and the resultant force

Table 3: The initial velocity and the resultant force

川勝博(1992)「Ⅰ部力学がわかるとはどういうことか」『学ぶ側からみた力学の再構成―物理教育「力学」の視点と実践』

新生出版,67.を参考に再構成したものである。

^＊「力の原理」は，板倉(1974)により初めて提唱された原理である．

三井（1992）は｢力の概念の形成だけを目標にして

（速度0の等速度運動からの加速）＝(動き出し)に注目させ，

物体が『動き出すか，動き出さないか(加速されるか，加速されないか)』から，

物体が受ける力を見つけだすための原理として定式化されたのが『力の原理』である｣

と述べている．

​

板倉聖宣(1974):仮説実験授業―授業書＜ばねと力＞によるその具体化―,仮説社.

三井伸雄(1992):力の概念の形成について,学ぶ側からみた力学の再構成

―物理教育「力学」の視点と実践,新生出版,143-144．

The 3rd. section��Experiment class Ⅰ��Horizontal Motion

No. 1 The object stands still. When the weight of both ends is same,

Which is bigger the left force or right one?

( left force , the same , right force )

The object ( stands still , runs either left or right ).

The Worksheet to the prediction of results

object

Pulley

Weight

(both ends)

1^st The prediction of result

3^rd The discussion

2^nd The experiment

The experiment class in session (2020)

The 4th section��Experiment class ��Vertical Motion

力と運動の実験Ⅱ（鉛直方向）

実験後の討論

意見を出し合う(実験前)

エレベータの実験後の生徒の変化（生徒22名の記述より）

・予想と結果　「予想と違った」13人， ｢予想と同じだった｣2人

・「動いている時はずっと力が働いていると思っていたけど一定の速さで動いている時は力が働いていないことがわかった」　

・「一定の速さで動いている時，なぜ100になるのかわからなかったので自分で調べてみたい」

➡　合力＝0　

​

・「想像していた重さと違うし，反対だった。予想は「変わらないだろう」と思っていたが，イメージをくつがえされたみたいですごく楽しかった」

・「自分が思っているのと全然違う結果で，びっくりしたしとてもおもしろかった。私は大きくなることは無いと思っていた。」

・「気圧の問題で変わると思っていたけど，慣性の法則が関係していることにとてもびっくりした。」

➡　生徒の素朴概念と矛盾する結果　➡　概念変容の可能性

​

・「班で話した時，自分とは違う考えを聞くとだんだん自信がなくなってきたけど，いろいろな考え方があることを知ってよかった」

➡　生徒の考え方の共有

​

仕事の問題　

２Nの物体を３ｍ持ち上げた。　　　　　　　　　

この時の仕事の大きさは？　　　　　　　　　　　　　　

仕事＝（２N）×３ｍ＝（6 ）J

仕事の問題　

２Nの物体を３ｍ持ち上げた。　　　　　　　　　

この時の仕事の大きさは？　　　　　　　　　　　　　　

仕事＝（２N）×３ｍ＝（6 ）J

仕事の問題　

２Nの物体を３ｍ持ち上げた。　　　　　　　　　

この時の仕事の大きさは？　　　　　　　　　　　　　　

仕事＝（２N）×３ｍ＝（6 ）J

エレベータの実験の活用

加速時のエネルギー＝減速時のエネルギー

➡　エネルギーの相殺の理解

The final section　�Findings

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　水平運動の実験　　　　　

​

・ 教師の演示で生徒の理解は深まったが，生徒実験で生徒自身が繰り返し実験するとより効果が上がるのではないか。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　鉛直運動の実験　　　　　

​

・ はかりの表示の変化とペットボトルに働く力の向きとの関係を理解させておく必要がある。

​

・ 仕事や仕事率の教材としての可能性がある。

​

Thank you for your attention

​

Nobuyuki KAWAI　

​

エレベータの実験後の生徒の変化（生徒22名の感想文より）

①予想と結果　「予想と違った」13人， ｢予想と同じだった｣2人

② 生徒の関心について

「動いている時はずっと力が働いていると思っていたけど一定の速さで動いている時は力が働いていないことがわかった」

「想像していた重さと違うし，反対だった。予想は「変わらないだろう」と思っていたが，イメージをくつがえされたみたいですごく楽しかった」

③ 自発性の向上について

「一定の速さで動いている時，なぜ100になるのかわからなかったので自分で調べてみたい」

「自分が思っているのと全然違う結果で，びっくりしたしとてもおもしろかった。私は大きくなることは無いと思っていた。ペットボトルの液体を水以外にしたらどうなるのか気になるので調べたい」

④ 生徒への影響について

「班で話した時，自分とは違う考えを聞くとだんだん自信がなくなってきたけど，いろいろな考え方があることを知ってよかった」

「気圧の問題で変わると思っていたけど，慣性の法則が関係していることにとてもびっくりした。

いつもは一つ一つの事にそんなに考えないけど，この実験を通してもっと詳しく考えようと思った」

​

The mechanism

J.Clement.(1982).Students’ preconceptions in introductory mechanics

MIF^*的素朴概念

実験Ⅱ実施前後の生徒の回答

^* MIF: Motion Implies a Force

（兵庫県内公立中学2年生18名　調査2020年）

単位：人（　　）は％

実験Ⅰ　鉛直方向

・「力と運動」の概念を理解できていない教員

「成果と課題」

今後の取り組み

・教員への調査数を増やし，詳細に検討する。

・教員研修の在り方と指導法を考案し，実施して検証する。

　➡　（子どもに対して）　誤った考え方を定着，誤った考え方への支援のおそれ

理科教員の予想

・子どもの解答で最も多かった選択肢を予想できていない教員

　➡　子どもの考えを把握できなければ，

　　　 子どもがどのように学んでいるかを捉えることはできない

ご静聴ありがとうございました

​

神戸市立塩屋中学校　

河　合　信　之

​

​

この研究は2019年度兵庫教育大学共同研究費の助成を受けています。

The 3 rd. section��Experiment class and Findings

Table 2: The balance of a force ( Kawakatsu 1992 )